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Recent progress in plant genome engineering: from large insertions to chromosome number changes
Get PDFThe adaptation of the CRISPR/Cas system as a biotechnological tool has enabled a wide spectrum of targeted genome modifications. Whereas earlier approaches focused on small sequence changes, recent years have seen a shift toward larger-scale alterations. Advances in homology-directed gene targeting now enable efficient, scar-free kilobase insertions, while combining nuclease-deficient Cas effectors with recombinases or transposases allows the integration of much larger sequences. Prime editing further expands this scope, enabling inversions, replacements, and deletions spanning hundreds of kilobases to several megabases. More recently, genome engineering has reached a new stage with chromosome fission and fusion, demonstrating the feasibility of controlled karyotype restructuring. Together, these advances open new opportunities for crop improvement, from establishing reproductive barriers and mimicking evolutionary processes to trait stacking on Plant Artificial Chromosomes
AR-enabled circular construction of a computationally designed reclaimed wood shell structure
Get PDFThe research presents a design-by-availability case study focusing on utilizing wood waste from secondary material streams in combination with augmented reality (AR) for complex three-dimensional assembly. It realized a double-curved shell structure using irregular reclaimed elements, seamlessly integrating digital design principles with manual craft skills. The research exemplifies a digital upcycling method for wood waste, turning small-scale wood scraps into more significant structural components. By integrating wood-nailing principles into a computational design framework and issuing assembly instructions through AR technology, the study demonstrates a design-to-build approach centered on locally available materials, showcasing the potential of digital craft and circular construction practices
Engaging Schools and Communities in Geothermal Monitoring: Theoretical Framework and Case Studies from the DeepStor Research Infrastructure (Germany)
Get PDFImpact of residuals on recovered nickel-rich LiNiMnxCoO cathodes for direct recycling and reuse
Get PDFAt present, industrial-scale recycling of lithium-ion batteries typically involves rather energy-intensive processes and toxic solvents to recover, in particular, the metallic elements from the positive electrode active material. These recovered metals subsequently serve as precursors for the synthesis of new electrode materials. One approach to reduce the energy and cost needed is the direct recycling of the electrode active materials. Herein, two recovery methods, namely thermal and solvent-based recovery, are investigated for single-crystalline Ni-rich LiNiMnCoyO (NMC) high-energy cathodes. The NMC obtained via the thermal recovery method exhibits poor performance due to the generation of HF and the degradation of the material. In contrast, the NMC obtained via the solvent-based method, utilizing dimethyl sulfoxide as a non-toxic solvent, demonstrates superior performance, with a reduction in capacity of only 1.5 % compared to pristine NMC. This comparative analysis highlights the critical role of the separation procedure and, particularly, the detrimental effect of any remaining fluorinated binder
Second-Order Microscopic Nonlinear Optical Susceptibility in a Centrosymmetric Material: Application to Imaging Valence Electron Motion
Get PDFWe report measurements of phase-matched nonlinear x-ray and optical mixing from single-crystal silicon using subresonant 0.95 eV laser pulses and 9.5 keV hard x-ray pulses from the Linear Coherent Light Source free-electron laser. The mixing signal appears as energy and momentum sidebands to the elastic Bragg peak. It is proportional to the magnitude squared of the relevant temporal and spatial Fourier components of the optically induced microscopic charges and currents. We measure the first- and second-order sideband to the 220 Bragg peak and find that the efficiency is maximized when the applied field is along the reciprocal lattice vector. For an optical intensity of approximately 10 W/cm, we measure peak efficiencies of 3 ×10 and 3 ×10 for the first- and second-order sideband, respectively (relative to the elastic Bragg peak). The first-order sideband is consistent with induced microscopic currents along the applied electric field and an isotropic response. The second-order sideband depends nontrivially on the optical field orientation and is consistent with an anisotropic response originating from induced charges along the bonds with C site symmetry. The results agree well with first-principles Floquet-Bloch calculations
A Comparison of Deniable Encryption Notions
Get PDFAbstreitbarkeit ist ein wichtiges Merkmal der modernen Kryptographie. Diese Eigenschaft
erlaubt es einem Teilnehmer, eine von ihm ausgeführte Handlung plausibel abzustreiten.
Abstreitbare Verschlüsselung ermöglicht es den Beteiligten, neben den zwei grundlegenden
Eigenschaften der Verschlüsselung – Sicherheit und Korrektheit – Abstreitbarkeit zu errei-
chen. In einem Staat mit einem öffentlichen und unparteiischen elektronischen Wahlsystem,
das verschlüsselte Stimmzettel verwendet, sollte die Wahl theoretisch resistent gegen Nö-
tigung sein. Findet die Übertragung der verschlüsselten Stimmzettel jedoch über einen
unsicheren Kanal statt und kann eine mächtige, böswillige Partei Wähler dazu zwingen,
ihre Stimmen offenzulegen, kann die Wahl nicht mehr als unparteiisch gelten. Durch den
Einsatz sender-abstreitbarer Verschlüsselung zur Verschlüsselung der Stimmzettel könnte
das System erneut gegenüber Nötigung widerstandsfähig sein.
Der Abstreitbarkeitsbegriff in abstreitbarer Verschlüsselung lässt sich in drei Kategorien
einteilen: Sender-Abstreitbarkeit, Empfänger-Abstreitbarkeit und Sender-und-Empfänger-
Abstreitbarkeit. Bei Sender-Abstreitbarkeit kann der Absender plausibel abstreiten, was er
gesendet hat. Bei Empfänger-Abstreitbarkeit kann der Empfänger plausibel abstreiten, was
er empfangen hat. Bei Sender-und-Empfänger-Abstreitbarkeit können sowohl Absender als
auch Empfänger plausibel abstreiten, was sie gesendet beziehungsweise empfangen haben.
In dieser Arbeit untersuchen wir vier abstreitbare Verschlüsselungsverfahren: Zwei davon
sind sender-abstreitbar, eines ist empfänger-abstreitbar und eines ist sender-und-empfänger-
abstreitbar. Zunächst analysieren wir, wie sie funktionieren und wie sie die gewünschte
Abstreitbarkeits-Eigenschaft erreichen. Darüber hinaus bewerten wir ihre Leistung hinsicht-
lich Zeit- und Speicheraufwand. Ferner betrachten wir, wie eine allgemeine Transformation
zwischen einem sender-abstreitbaren und einem empfänger-abstreitbaren Verfahren kon-
struiert wird. Außerdem vergleichen wir die beiden sender-abstreitbaren Verfahren von
Howlader und Basu [10] und Barakat [2]. Abschließend zeigen wir, dass das von Howla-
der und Basu vorgeschlagene Verfahren nicht empfänger-abstreitbar ist, während das von
Ibrahim vorgeschlagene Verfahren nicht sender-abstreitbar ist
Exponential decay of the linear Maxwell system due to conductivity near the boundary
Get PDFWe study the anisotropic linear Maxwell system on a bounded domain with perfectly conducting boundary conditions. It is damped via a conductivity which is strictly positive on a collar at the boundary. We prove that solutions decay exponentially to 0, if the fields have no magnetic charges on and no electric charges off the support of . Our approach relies on a splitting of the solution via a Helmholtz decomposition and an observability-type estimate for a related second-order system without charges, shown using Morawetz multipliers. Corresponding exact observability and controllability results are also established
Iterative 2D-Formvorhersage elektrisch deformierbarer dielektrischer Tropfen für optische Bauteile
Get PDFElektrisch deformierbare Polymertropfen sind ein vielversprechender Ansatz zur Fertigung von Freiform- und Mikrooptiken, jedoch fehlt ein effizientes Modell zur Konturvorhersage, um gezielte Formen zu realisieren. Diese Arbeit entwickelt eine solche Methodik, die aus einer Experimentierumgebung und einer 2D-Prozesskette besteht. Diese Prozesskette basiert auf Schattenwurfbildern der Tropfen, aus denen über eine polarraumbasierte Konturapproximation (PBCA) die Kontur extrahiert und mit einem physikalischen Modell kombiniert wird. Der Tropfen wird dabei als 2D-Kontur vereinfacht. Das Modell betrachtet die Young-Laplace-Gleichung als Krümmungsbilanz und erweitert sie um einen elektrischen Term, der durch eine Finite-Elemente-Methoden (FEM) Simulation berechnet wird. In der Simulation wird die durch Maxwell-Wagner-Polarisation beschriebene induzierte effektive Oberflächenladung σₛ berücksichtigt und iterativ berechnet. Um aus der Krümmung die 2D-Tropfenkontur zu rekonstruieren, wird eine entsprechende Methodik vorgestellt.
Ergänzend wird eine geometrische 3D-Rekonstruktion aus zwei orthogonalen Ansichten zur Validierung der Messkette implementiert. Diese ist nicht Teil des Vorhersagemodells und dient ausschließlich der Verifizierung des Aufbaus.
Die Experimente an einem verlustbehafteten dielektrischen Polymer (PR48) und einer isolierenden dielektrischen Ölsäure zeigen, dass es mit der 2D-Methodik möglich ist, die Kontur mit einer mittleren Restabweichung von 10 - 50 µm zwischen Messkontur und Vorhersagekontur voraussagen. Zusätzlich zeigt die Untersuchung, dass die Berücksichtigung der Oberflächenladung σₛ die mittlere Abweichung der 2D-Kontur um bis zu 50 % reduziert. Raytracing-Untersuchungen zeigen dabei eine geringere Abweichung der optischen Weglängendifferenz unter Berücksichtigung der Oberflächenladung. Die Oberflächenladung σₛ korreliert im Gegensatz zur Ölsäure beim Polymer stark mit der Spannung (Korrelationskoeffizient 0,93 - 0,98).
Letztendlich bleibt die 2D-Vereinfachung die Hauptlimitation. Der nächste Schritt ist ein physikalisches 3D-Modell, um ein vollständiges inverses Design zu ermöglichen
6-4 photolyase differentially modulates transcription in the vertebrate circadian clock
Get PDFThe cryptochrome-photolyase family, a highly conserved set of flavoproteins, mediates many direct and indirect responses to sunlight. While the photolyases are light-dependent enzymes which catalyze photoreactivation repair of UV-induced DNA damage, the cryptochromes serve as circadian clock components and photoreceptors. Do DNA repair and circadian clock functions overlap in these flavoproteins? While 6–4 photolyase (6–4phr) is well-documented to repair UV-induced 6–4 photoproducts, we demonstrate that loss of 6–4phr function in fish cells and fin clips significantly attenuates circadian rhythms of period gene expression. Importantly, 6–4phr represses, as well as activates transcription directed by E-box and D-box enhancer elements respectively. Furthermore, we document physical interaction between 6–4phr and Clock1/Bmal1 at multiple domains which interferes with Clock1-Bmal1 heterodimerization. In addition, 6–4phr interacts with the D-box binding transcription factor, Tef. Thus, we reveal significant overlap between DNA repair and circadian clock functions in 6–4phr
Stability and dynamics of planar fronts in reaction- diffusion systems under nonlocalized pertubations
Get PDFWe analyze the stability and dynamics of bistable planar fronts in multicomponent reaction-diffusion systems on . Under standard spectral stability assumptions, we establish Lyapunov stability of the front against fully nonlocalized perturbations. Such perturbations could previously be treated only for scalar equations via comparison principles. We also prove that the leading-order dynamics of the perturbed front are governed by a modulation that tracks the motion of the front interface and evolves according to a viscous Hamilton–Jacobi equation. This effective description reveals that asymptotic orbital stability does not hold in general. However, asymptotic stability can be recovered by imposing localization of perturbations in the transverse spatial directions. The treatment of nonlocalized perturbations on poses significant challenges, both at the linear and nonlinear level. At the linear level, the neutral translational mode gives rise to continuous spectrum which touches the origin and cannot be projected out by conventional means, resulting in merely algebraic decay rates for the residual. Our linear estimates are necessarily -based, yielding significantly weaker decay rates than those available for -localized perturbations. At the nonlinear level, quadratic gradient terms decay at a critical rate and cannot be treated perturbatively. We overcome these challenges by carefully decomposing the linearized dynamics, blending semigroup methods with ideas from the stability analysis of viscous shock waves, and introducing a novel nonlinear tracking scheme that combines spatiotemporal modulation with forcing techniques and the Cole–Hopf transform